复合材料部件的弯曲模量是什么？

模量是复合材料在不断增加的应力情况下的弹性的量度。换句话说，模量表示复合层压板在加载时移动或弯曲的程度。这定义和表征了复合材料在载荷和变形方面的刚度和刚度，为设计高性能复合材料之间的一切提供了一个基本的构建块，或者只是让您的下一个复合材料设计更有效。该模量取自固化的复合材料或材料样品。

在某些材料中，弹性模量可能很高，仅用眼睛就可以很容易地看到。举个例子，拿一根橡皮筋，用手对它施力。当材料受到负载时，橡皮筋很容易伸展。在最终断裂之前，它可能会拉伸其原始长度的10倍。大多数复合材料层合板处于模量谱的另一端，因为它们在最终断裂前通常不会弯曲太多。由碳纤维、凯夫拉尔或玻璃纤维制成的传统复合材料通常与铝、钢或混凝土等材料进行比较，因为它们不会弯曲或提供与橡胶、尼龙或ABS等更具延展性或类似塑料的材料一样多.一些复合层压板的设计具有低模量，在碰撞时弯曲，例如吸收能量的漂移车身面板，并在撞到墙壁后神奇地“弹”回原位。其他产品采用超高模量碳纤维设计，可根据需要提供无与伦比的刚度加固。

复合材料层压板或结构的三点弯曲测试或弯曲测试可以很好地说明什么是模量及其重要性。（在后院术语中，这是在膝盖上折断木板的测试。）这种复合材料层压板样品的破坏性测试可测量随时间推移负载增加时的变形。当同时测量材料的变形时，样品复合材料会受到测量的增加的应力（负载）。随着应力的增加，材料会变形，直到失效或断裂。然后将信息转换为类似应力/应变曲线的图形。

记录的弯曲强度是样品开始断裂前施加在样品上的最大应力。然后将模量简单地定义为该极限强度除以变形。模量也表示为应力/应变曲线的斜率。较陡的坡度表明更硬的“脆性”高模量层压板，而较缓的坡度则表明刚性较低、更“塑性”的层压板。

从表面上看，弯曲模量非常简单。过去的模量，这些测试和图表阐明了样品复合材料中失效机制的确定，并继续解释纤维和树脂的化学性质作为分子水平的断裂。

设计时考虑模数

复合材料是织物和树脂共享的特性的混合物。每一种的选择都会对复合材料的设计及其模量产生影响。以下是一些决定您是否获得高模量或更灵活复合层压板的因素。这可能有助于使您的下一个零件设计有效地满足您的需求。

纤维类型和方向

在选择是使用碳纤维、凯夫拉尔纤维、玻璃纤维，还是混合织物时，重要的是要查看复合材料典型机械性能的技术信息，并将它们与其他选择进行比较。铺层方向对于实现任何复合材料所需的刚度特性至关重要，因为平衡的叠层对于通过层压板的横截面实现一致的机械性能至关重要。添加单向增强层将增加层压板在铺设方向上的刚度。

碳纤维无疑是提供刚度和强度作为增强材料的最佳选择。它将保持尺寸稳定性敏锐直到失效。尽管它大大超过极限强度能力，但在刚性方面与铝相比。唯一的缺点是碳纤维会在没有太多警告的情况下突然失效，而且往往是灾难性的。

Kevlar以吸能着称，这在一定程度上抵消了刚度，因为它的刚度只有碳纤维的一半。与具有相同树脂的碳纤维相比，凯夫拉尔层压板的弯曲度要大得多。出于这个原因，Kevlar通常是挡泥板需要吸收突然能量的漂移车车身面板等应用的选择。当与柔性树脂搭配使用时，零件会在碎裂和需要更换之前受到打击。

就选择的相对刚度而言，玻璃纤维的模量最低。当使用玻璃纤维进行刚性设计时，需要更多的织物来提供坚硬的层压板。然而，当同时比较预算和刚度时，玻璃纤维的成本因素仍然使其成为一个很好的织物选择，因为它经常被添加到塑料中以增强部件的刚度和强度。

混合织物通常有助于利用一种纤维的最佳特性来补充另一种纤维；众所周知，碳纤维/凯夫拉尔混合材料可以为凯夫拉尔提供的复合材料增加柔韧性，以增强碳纤维的骨架。它还在汽车工业中用于制造前保险杠等零件。

树脂类型

环氧树脂通常在强度和刚度方面具有最高的性能指标。虽然大多数环氧树脂是根据工艺（层压、灌注、预浸料等）配制或设计的，但树脂的主要目的是有效地“驾驭”织物的特性以满足所需的要求。

关于模量，有些具有增强的刚度能力，而另一些则专为能量吸收和柔韧性而设计。请务必查看适用的TDS表，以找到最适合您项目的树脂。高抗冲室温/高温层压树脂将是树脂设计时考虑到模量的一个例子，即使它是低模量，因为它比一般环氧树脂更有效地传递能量。

重要的是要知道慢速固化剂会提供较低的模量，而快速固化剂在与相同树脂一起使用时会产生更高的刚性。

众所周知，聚酯树脂对玻璃纤维的润湿性很好，并且作为复合材料部件的基体提供了一种极具成本效益的方法。然而，聚酯树脂无法提供与配制环氧树脂相同的刚度。

添加芯材还将显着提高模量，为任何复合结构增加相当大的刚度。